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21-K-2471密封泄漏原因分析
2023-06-21王傳榮
摘 要:通過解析21-K-2471雙螺桿壓縮機浮環(huán)密封的結構特點及工作原理,結合檢修中發(fā)現(xiàn)浮環(huán)的損壞形式,分析造成此壓縮機浮環(huán)密封泄漏的原因,為密封泄漏問題尋求積極的解決方法,對整個機組以至整個裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)具有重大意義。
關鍵詞:螺桿式;浮環(huán)密封;工作原理;泄漏;穩(wěn)定
1 引言
21-K-2471雙螺桿脫氫尾氣壓縮機是某廠苯乙烯裝置中脫氫單元的關鍵機組,由于壓縮機輸送的介質(zhì)中含有大量粗氫混合物,遇油易爆炸,所以壓縮機的密封一定要保障介質(zhì)與油分離。2009年和2011年都出現(xiàn)因密封泄漏而導致停機故障,嚴重影響裝置的正常生產(chǎn),所以要分析造成密封泄漏的原因,尋求解決故障的方法,保障裝置的正常生產(chǎn)。
2 浮環(huán)密封工作原理
2.1 密封結構
浮環(huán)密封的實際安裝位置圖如圖1。
此壓縮機的密封共計4套,2種類型(高壓端密封與低壓端密封),高壓端密封在總長度方面比低壓端密封長32.5 mm,其他內(nèi)部結構相同。內(nèi)部結構圖如圖2。
2.2 浮環(huán)結構
浮環(huán)結構實物圖如圖3。
此壓縮機的浮環(huán)密封環(huán)組每組都由4個1/4密封環(huán)組成(接口形式如圖3(d)),整體被一個長彈簧繩捆在一起形成一個封閉的密封環(huán),這樣浮環(huán)可以徑向膨脹。軸向在密封腔體內(nèi)有約0.70 mm的間隙,由軸向小彈簧作為補償,一套散件如圖4。
浮環(huán)材料主要成分為填充石墨、聚四氟乙烯,具有良好的自潤滑作用,有效減少開停機過程中磨損。圖3(a)圖的小彈簧可使浮環(huán)端面(密封線) 在開機前貼在級間隔板端面上,彈簧安裝在壓力高的一側端面上,如圖1所示,蒸氣進氣室5的左、右,浮環(huán)上軸向彈簧安裝方向都是在蒸氣室5的一側,同理氮氣進氣室左右的彈簧安裝方向都朝向氮氣進氣室。軸向彈簧的作用是保障端面密封的補償。
2.3 浮環(huán)密封的工作原理
如圖2中所示,靠近壓縮機內(nèi)部相鄰的5組浮環(huán)是密封介質(zhì)的;靠近潤滑油箱側3組相鄰浮環(huán)是密封潤滑油的;分別通入蒸氣(密封介質(zhì)側)和氮氣(密封潤滑油側) 作為密封氣,密封氣的壓力要求為15 kPa。下面分別闡述介質(zhì)密封與潤滑油密封的工作原理。
2.3.1 介質(zhì)側的密封工作原理
如圖2,蒸氣通過進入室5進入汽封,進入的蒸氣分為2個方向分流,一部分向機體內(nèi)部方向進入,一部分向潤滑油側進入。向機體內(nèi)部進入的蒸氣,一部分將浮環(huán)端面密封線推靠在級間隔板的密封面上,形成端面密封;一部分走徑向通氣槽,將浮環(huán)膨脹開,在浮環(huán)與軸套之間形成一定剛度的氣膜,將機體內(nèi)部向外流竄的介質(zhì)氣密封,這樣端面與徑向都形成有效的密封,由于機體內(nèi)部的介質(zhì)氣與蒸氣密封氣形成對壓,所以密封蒸氣不會進入機體,臨末返回流向排污室6,進入火炬管線;向潤滑油箱側流竄的蒸氣,也被浮環(huán)節(jié)流、憋壓,形成密封壓力氣,端面的密封也被推靠形成端面密封,臨末在浮環(huán)與軸套之間也形成氣膜,蒸氣循環(huán)流入排污室6內(nèi)排向火炬。
2.3.2 潤滑油側的密封工作原理
氮氣通過密封氮氣進氣室7進入汽封,也分為2個流向,向潤滑油箱內(nèi)側流入的氮氣,一部分氮氣將浮環(huán)端面密封線推靠形成端面密封,一部分氮氣走通氣槽,將浮環(huán)膨脹開,在浮環(huán)與軸之間形成氮氣密封膜,這樣有效的密封住潤滑油向介質(zhì)側泄漏,另一個方向的氮氣與內(nèi)密封蒸氣一樣形成密封壓力氣,大部分(極少部分氮氣進入油箱后,通過排氣管排出)都從排污室6排向火炬線。以氮氣為密封氣的另外一個目的也是為了降低爆炸危險性。
2.3.3 浮環(huán)與軸套間隙值取值
浮環(huán)與軸套之間在工作的過程中是有一定間隙的,這個間隙是由密封氣膨脹出來的,而靜止的狀態(tài)下,浮環(huán)與軸套之間無間隙,透光試驗見圖5。
開機之前要通入密封氮氣與蒸氣,使浮環(huán)密封脹開,浮環(huán)的端面密封貼死,保障密封氣保壓,標準壓力為15 kPa。運行過程中,浮環(huán)與軸套間隙
內(nèi)部充滿的密封氣,形成密封氣膜,在剛剛開機的時候,浮環(huán)與軸套會自動對中,運行穩(wěn)定后,基本與軸套同心,浮環(huán)與軸套并不接觸,所以浮環(huán)在運行過程中不磨損。密?效果與浮環(huán)間隙有直接關系,從減少密封氣泄漏、提高密封效果來看,浮環(huán)密封運行間隙值的選取范圍為
密封介質(zhì)側的浮環(huán)與軸套半徑間隙
S=(0.0005~0.0010) D
密封潤滑油側的浮環(huán)與軸套半徑間隙
S=(0.001~0.0020) D
其中D為浮環(huán)公稱直徑(2471的浮環(huán)的直徑為355),單位為mm。
3 密封泄漏分析
21-K-2471尾氣壓縮機所采用的浮環(huán)密封在2009年竣工投入生產(chǎn)約45天之后就出現(xiàn)了微量泄漏現(xiàn)象,幾次非計劃開停車的過程中,密封磨損后,泄漏量持續(xù)增大,但是由于機組無備機,所以一直利用增大密封氣壓力的辦法來實現(xiàn)密封。2011年4月7日非計劃停車,在開啟12 h后,?體與透平的各軸承潤滑油油箱內(nèi)的潤滑油從油封處都出現(xiàn)大量泄漏現(xiàn)象,軸承箱回油管線視窗液位超過高報,從排氣管中噴出大量油氣混合物,油路回油不暢,現(xiàn)場停掉氮氣、蒸氣密封氣,油路才正常,這一點充分說明密封氣已經(jīng)大量竄入油箱,浮環(huán)密封泄漏,要進行解體大修。
3.1 密封泄漏形式
在檢修的過程中發(fā)現(xiàn)浮環(huán)磨損嚴重,出現(xiàn)斷裂及軸向固定小彈簧位置磨穿等缺陷。實物如下圖6與圖7。
通過圖6中可以明顯看出,密封的徑向密封面已經(jīng)磨損嚴重,密封浮環(huán)斷裂。圖7中軸向彈簧外露,也證明徑向磨損嚴重,圖8證明浮環(huán)與軸套之間間隙超標,浮環(huán)與軸套之間無法形成氣膜,浮環(huán)已經(jīng)失去密封的作用。
3.2 密封泄漏原因分析
通過現(xiàn)場測量,浮環(huán)與軸套的密封間隙已經(jīng)達到0.30 mm以上,且存在偏磨現(xiàn)象,完全超過標準值,這樣使密封氣竄到潤滑油腔內(nèi)(蒸氣也會進入機體內(nèi)部),并隨潤滑油一起進入回油管線,造成潤滑油回油不暢,從而導致整個潤滑油系統(tǒng)循環(huán)不正常,使機組被迫停機。
3.3 浮環(huán)磨損的簡因分析
(1) 運轉密封氣供給出現(xiàn)故障,使密封氣壓力降低,密封氣流量減少,氣膜形成不理想,特別是在開停機過程中,氣膜形成不完全,或者形成的氣膜剛度不夠就會導致浮環(huán)與軸套直接磨損,甚至燒壞。
(2)由于機組檢修時裝配質(zhì)量問題或零件損壞,使浮環(huán)卡死,形成帶缺陷的氣膜,造成密封氣大量泄漏到油箱中;或者介質(zhì)竄入浮環(huán)密封腔中,形成結晶體,在開始運轉的時候晶體與浮環(huán)發(fā)生嚴重摩擦(結晶體如圖6),造成密封泄漏。
(3)因為機組轉速是變頻的,所以當裝置操作波動大,即轉子轉速波動過大時,導致壓縮機流量波動頻繁,也會影響浮環(huán)密封氣膜的形成,使得密封泄漏,如圖9。
4 保障浮環(huán)密封穩(wěn)定性的可行措施
4.1 定時檢查密封氣供給情況
密封氣的供給要時時穩(wěn)定,設有穩(wěn)壓閥,壓力自動調(diào)節(jié)閥及壓力表,做到定時檢查密封供給氣的壓力及溫度,時時掌握密封氣供給情況,當溫度壓力發(fā)生變化時及時排除故障。
4.2 保障浮環(huán)密封裝備質(zhì)量
浮環(huán)密封是由多個零部件組成的,而且零部件的制造和安裝精度都要求很嚴格。如果不嚴格按技術要求檢查、安裝,就可能導致浮環(huán)密封工作不正常,甚至泄漏。所以在安裝時的注意事項有以下幾點:
(1) 浮環(huán)端面、浮環(huán)座端面、壓蓋端面必須研磨,保證端面接觸的嚴密性,接觸面達到90%以上。
(2) 控制好浮環(huán)與軸套的間隙(安裝時不可有間隙,做透光試驗),確??梢孕纬蓺饽?。
(3) 浮環(huán)座“O”形橡膠圈不能重復使用,檢修時必須更換。
(4)保證浮環(huán)座端面與軸的垂直度、浮環(huán)座內(nèi)圓與軸的同軸度。
(5)組裝過程應保持清潔,各密封表面、軸表面不允許有銹斑或灰塵雜質(zhì)。
(6)組裝時保證各密封面不被劃傷、碰破,不允許用工具敲打浮環(huán)和密封面。
(7) 檢查浮環(huán)是否符合以下要求:表面粗糙度在Ra0.8以上;圓度為φ0.02 mm以內(nèi)。
4.3 穩(wěn)定裝置操作
在壓縮機日常操作過程中,做到盡量減少調(diào)節(jié)壓縮機的運行工況,當要調(diào)節(jié)壓縮機運行工況的時候,一定要先調(diào)整好浮環(huán)密封氣的運行壓力及溫度值,穩(wěn)定后再進行調(diào)整機組。21-K-2471機組是由透平驅(qū)動的,所以在運行的過程中,一定要穩(wěn)定控制透平的入口進蒸氣量,保障流量穩(wěn)定,這樣就能保障機組轉速的穩(wěn)定,有利于保護浮環(huán)密封組的有效密封。
5 結語
以上從21-K-2471密封原理入手,分析此機組密封泄漏原因,提出保障浮環(huán)密封穩(wěn)定性的可行性措施,從而為機組密封的穩(wěn)定性提供了理論依據(jù),為壓縮機的穩(wěn)定運行奠定了基礎,更為整套?乙烯裝置的安全、高效生產(chǎn)提供了有力保障。
參考文獻:
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